氣井油套環(huán)空積液高度與采氣曲線動(dòng)態(tài)特征

陳 鵬，徐文龍，徐自強(qiáng)

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司科技發(fā)展部，陜西西安 710018；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710018；3.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710018）

氣井積液后，隨著積液高度的增加，其對(duì)地層產(chǎn)生的回壓也逐漸增大，氣井產(chǎn)氣量和井口壓力大幅下降，嚴(yán)重影響了氣井產(chǎn)能的發(fā)揮。為此，幾乎所有氣田都在想盡辦法排出井筒積液。為了制定比較有針對(duì)性的排水采氣措施，必須詳細(xì)掌握氣井產(chǎn)液情況以及井筒積液狀況。然而，受鉆采工藝和地面工程影響，并不是所有氣井的產(chǎn)液資料和井筒積液狀況都能被詳細(xì)掌握和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。對(duì)于沒有產(chǎn)液量計(jì)量以及采取井下節(jié)流工藝而導(dǎo)致井口油壓失真的氣井而言，如何判斷氣井產(chǎn)液以及是否積液，是排水采氣技術(shù)選擇和措施制定的首要任務(wù)。除井筒測(cè)試和井口計(jì)量外，為了搞清楚井筒的積液狀況并計(jì)算井筒的積液量，科研技術(shù)人員開展了大量的理論研究和實(shí)例計(jì)算[1-5]。然而，對(duì)于沒有產(chǎn)液量計(jì)量以及采取井下節(jié)流工藝而導(dǎo)致井口油壓失真的氣井，這些方法適用的井況條件有限。經(jīng)過對(duì)井筒積液面動(dòng)態(tài)變化過程和氣井采氣曲線特征的研究發(fā)現(xiàn)，氣井采氣曲線的波動(dòng)變化與井筒油套環(huán)空積液高度的變化有一定的相關(guān)性和對(duì)應(yīng)性。

1 井筒壓力變化分析

根據(jù)連通器原理，對(duì)于采用單油管以及封隔器解封的壓裂管柱作為生產(chǎn)管柱的氣井而言，當(dāng)氣井處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，連通油管與油套環(huán)空的油管鞋處或者壓裂噴砂滑套是油管與油套環(huán)空靜壓力平衡點(diǎn)。井筒壓力平衡存在如下關(guān)系：

由于油管鞋或滑套口通常不會(huì)正對(duì)氣層中深，如果油管鞋或滑套口高于氣層中深，而井筒積液高于油管鞋或滑套口，則井筒壓力存在如下平衡關(guān)系：

式中：Pth-井口油壓，MPa；Pch-井口套壓，MPa；Pfp-地層壓力，MPa；Pcg-油套環(huán)空內(nèi)天然氣壓力，MPa；Ptg-油管內(nèi)天然氣壓力，MPa；Ptw-油管液柱高度產(chǎn)生的附加壓力，MPa；Pcw-油套環(huán)空積液高度產(chǎn)生的附加壓力，MPa；H－氣層中深，m。

一般情況下，如果氣井產(chǎn)液不多且井底能量充足的話，長(zhǎng)期關(guān)井井口油套壓會(huì)持平或者接近。當(dāng)氣井開井生產(chǎn)時(shí)，井口油壓（Pth）開始下降，原有的壓力平衡被打破，油管鞋或滑套口處油管內(nèi)的壓力開始降低，與油套環(huán)空內(nèi)的壓力、地層壓力產(chǎn)生壓力差，油套環(huán)空和地層內(nèi)的天然氣以及液體流向油管內(nèi)，從而出現(xiàn)油套環(huán)空積液高度下降，油管積液高度上升的變化（見圖1）。

圖1 井筒積液分布與壓力分布示意圖

如果地層壓力較高，儲(chǔ)層向近井筒供給的天然氣量大于等于井口的產(chǎn)氣量，則油套環(huán)空流向油管的天然氣和液量相對(duì)較少，反之則較多。受井筒壓力變化影響，雖然油管內(nèi)部分積液會(huì)被帶出井筒，但如果氣井積液比較嚴(yán)重，油管內(nèi)的積液高度會(huì)明顯高于油套環(huán)空的積液高度。如果氣井產(chǎn)量平穩(wěn)且生產(chǎn)延續(xù)，氣井地層壓力和油套環(huán)空的壓力會(huì)隨著時(shí)間不斷的降低。當(dāng)?shù)貙庸┙o減少，產(chǎn)氣量不足以將產(chǎn)出液全部攜出井筒時(shí)，氣井開始積液。

2 積液高度變化與井筒流動(dòng)性分析

井筒積液后，隨著生產(chǎn)的變化，井筒積液高度也在動(dòng)態(tài)發(fā)生著變化，進(jìn)而影響到井筒內(nèi)天然氣與液體的流動(dòng)性。在生產(chǎn)過程中，由于天然氣會(huì)將井筒的液體攜帶流動(dòng)出井筒，對(duì)應(yīng)生產(chǎn)管柱內(nèi)的積液并不是以純液相的形態(tài)存在，沒有明確的靜液面；而非生產(chǎn)管柱內(nèi)的積液相對(duì)靜止，有明確的積液面。當(dāng)非生產(chǎn)管柱內(nèi)靜液面高于連接生產(chǎn)管柱的流動(dòng)通道時(shí)，便在積液面以上形成死氣區(qū)而無法流動(dòng)，隨著靜液面高度的變化，死氣區(qū)內(nèi)的天然氣或壓縮或膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致套壓的波動(dòng)變化。

對(duì)于采用單油管以及封隔器解封的壓裂管柱作為生產(chǎn)管柱的氣井而言，在開井生產(chǎn)狀態(tài)下，油套環(huán)空積液高度與油管鞋或滑套口的位置關(guān)系存在以下5 種情況（見圖2）。

圖2 井筒積液高度動(dòng)態(tài)變化過程示意圖

（1）油管與油套環(huán)空液面均位于油管鞋或滑套口以下，油套環(huán)空與油管連通，套管氣隨著井口壓力的下降不斷流動(dòng)進(jìn)入油管；

（2）油套環(huán)空積液面位于油管鞋或滑套口以下，油管內(nèi)積液高于油管鞋或滑套口，此時(shí)套管氣依舊流入油管，油管內(nèi)的積液高度處于動(dòng)態(tài)變化過程；

（3）油管、油套環(huán)空液面略高于油管鞋或滑套口，油套環(huán)空積液上下波動(dòng)，油套環(huán)空與油管間歇性連通，套管氣隨著油套環(huán)空積液高度變化間歇性進(jìn)入油管；

（4）油套環(huán)空和油管液面均高過油管鞋或滑套口，油套環(huán)空積液高度的變化只起到壓縮或者膨脹套管天然氣的作用，而套管氣不能流動(dòng)進(jìn)入油管；

（5）油套環(huán)空和油管液面均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過油管鞋或滑套口，套管氣隨著油套環(huán)空積液高度的增加被不斷壓縮，不能流動(dòng)進(jìn)入油管，氣井處于水淹停產(chǎn)狀態(tài)。

氣井在生產(chǎn)過程中，從無積液到開始積液直至積液停產(chǎn)，經(jīng)歷著從a-b-c-d-e 的變化過程，隨著地層能量的變化以及排水采氣措施的實(shí)施，大部分氣井井筒積液在b、c、d 之間來回波動(dòng)變化。

3 環(huán)空積液高度與采氣曲線波動(dòng)特征

氣井積液后，井筒積液高度產(chǎn)生的附加壓降限制了井底儲(chǔ)層天然氣的產(chǎn)出，由積液高度變化引起的壓力波動(dòng)會(huì)反映在采氣曲線上，采氣曲線的形態(tài)和波動(dòng)變化情況可以反映出井筒積液以及井口產(chǎn)出液的情況。采用油管生產(chǎn)且處于開井狀態(tài)的氣井，在一定情況下，套壓和產(chǎn)量的波動(dòng)變化情況與井筒油套環(huán)空積液高度與油管鞋或滑套口的位置關(guān)系具有一定的相關(guān)性（見圖3）。

圖3 井口套壓與產(chǎn)氣量波動(dòng)變化趨勢(shì)圖

（1）油管與油套環(huán)空液面均位于油管鞋或滑套口以下，由于套管氣進(jìn)入油管時(shí)暢通無阻，采氣曲線表現(xiàn)為：產(chǎn)氣量相對(duì)穩(wěn)定或緩慢遞減，套壓曲線呈現(xiàn)出一條平滑的遞減曲線；

（2）油套環(huán)空積液高度位于油管鞋或滑套口附近時(shí)，積液面不斷打開、關(guān)閉油管與油套環(huán)空連接通道，采氣曲線表現(xiàn)為：產(chǎn)氣量相對(duì)平穩(wěn)，瞬時(shí)氣量微微波動(dòng)，而套壓曲線則呈一條波動(dòng)式遞減曲線，平均遞減率相對(duì)平穩(wěn)；

（3）油套環(huán)空積液高度波動(dòng)幅度較大，一會(huì)高于油管鞋或滑套口處，套管氣被壓縮，一會(huì)低于油管鞋或滑套口處，套管氣流入油管生產(chǎn)。在地層產(chǎn)出氣的補(bǔ)給下，短期內(nèi)，采氣曲線表現(xiàn)為：產(chǎn)氣量曲線頻繁波動(dòng)，套壓曲線呈現(xiàn)波浪式的起伏波動(dòng)特征，曲線整體形態(tài)上無明顯的遞減趨勢(shì)；

（4）油套環(huán)空積液高度明顯高于油管鞋或滑套口，套管氣變?yōu)樗罋舛鵁o法流動(dòng)，當(dāng)井口產(chǎn)出和儲(chǔ)層供給相對(duì)較少時(shí)，短期內(nèi)，井底壓力相對(duì)處于平衡狀態(tài)，油套環(huán)空積液高度短期內(nèi)變化不大，采氣曲線上表現(xiàn)為：產(chǎn)氣量緩慢出現(xiàn)遞減特征，而套壓曲線近似一條直線；

（5）油套環(huán)空積液高度遠(yuǎn)高于油管鞋或滑套位置，套管氣處于非流動(dòng)狀態(tài)。隨著產(chǎn)氣量的下降，油管積液不斷增加產(chǎn)生的附加壓降以及不斷補(bǔ)給的地層能量，迫使油套環(huán)空積液高度進(jìn)一步增加，與此同時(shí)地層部分產(chǎn)氣進(jìn)入套管，使得套壓進(jìn)一步增大。采氣曲線表現(xiàn)為：產(chǎn)氣量出現(xiàn)明顯的下降，而套壓曲線則呈現(xiàn)出一條壓力恢復(fù)曲線；

（6）當(dāng)上述情況變得更加糟糕時(shí)，氣井被積液壓死，產(chǎn)氣量快速遞減至無產(chǎn)出；而套壓曲線在明顯恢復(fù)后，不再明顯上升，井筒積液產(chǎn)生的附加壓降接近于地層壓力。

因此，可以通過觀察分析套壓曲線和產(chǎn)氣量曲線的波動(dòng)變化形態(tài)，定性判斷井筒油套環(huán)空積液高度和氣井生產(chǎn)狀況，從而定性判斷氣井積液的嚴(yán)重程度。

需要說明的是：上述判斷分析方法適用配產(chǎn)穩(wěn)定且連續(xù)生產(chǎn)的氣井。對(duì)于經(jīng)常調(diào)配產(chǎn)、井筒積砂以及長(zhǎng)期停產(chǎn)氣井的井筒積液判斷并不適用?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)判斷時(shí)，必須借助短期關(guān)井的油套壓差變化以及井筒液面探測(cè)進(jìn)行確定[1-5]。此外，由于氣井日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)間隔較長(zhǎng)，無法反映油套壓以及產(chǎn)氣量的實(shí)時(shí)變化情況，建議采用氣井每小時(shí)實(shí)時(shí)曲線對(duì)氣井積液狀況進(jìn)行判斷。

4 低滲砂巖氣藏氣井實(shí)例分析

以蘇里格氣田蘇x-5-x 井為例：

該井油管內(nèi)徑62 mm，采用井下節(jié)流工藝生產(chǎn)，井口產(chǎn)量無法調(diào)節(jié)。從氣井整體生產(chǎn)曲線判斷，該井井筒雖有一定的積液但不嚴(yán)重，短時(shí)關(guān)井井口壓力恢復(fù)較好，開井后井口油套壓快速下降，產(chǎn)量瞬間增大，明顯高于連續(xù)生產(chǎn)水平，具備一定的攜液能力。

2019 年6 月至2020 年9 月期間，該井累計(jì)短時(shí)關(guān)井6 次。2019 年6 月，短時(shí)關(guān)井油套壓差較大，判斷井筒積液嚴(yán)重，井筒積液高度高于壓裂噴砂滑套位置，隨后生產(chǎn)過程中，套壓處于波動(dòng)遞減過程。

2020 年8 月和9 月該井在2 次短期關(guān)井期間，油套壓差較小，而開井生產(chǎn)后，日產(chǎn)水平較高。分析判斷，該井開井后，井筒積液高度應(yīng)該有所降低。

經(jīng)調(diào)取該井油套環(huán)空積液探測(cè)記錄（見表1），進(jìn)一步驗(yàn)證了上述的判斷。該井在2019 年7 月至2020 年9月期間，油套環(huán)空回聲儀探液面3 次。2019 年7 月9日探的油套環(huán)空液面深度3 354 m，液柱高度236 m，高于滑套位置3 545 m，2019 年8 月20 日前后套壓出現(xiàn)波動(dòng)性上漲，8 月30 日探測(cè)液面深度3 296 m，液柱高度294 m，較7 月9 日液面高度有所增加。2020 年8月14 日探測(cè)油套環(huán)空液面深度3 565 m，液柱高度25 m，接近滑套口位置。分析認(rèn)為，該井在8 月12 日開井后，由于產(chǎn)氣量高于臨界攜液流量，井筒積液被大量帶出。

表1 蘇x-5-x 油套環(huán)空液面探測(cè)記錄表

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

積液會(huì)增加井底的回壓，導(dǎo)致井筒乃至井口壓力重新分布。采氣曲線是氣井產(chǎn)氣量和井筒壓力變化的真實(shí)反映。油管生產(chǎn)時(shí)，井筒積液高度與油管油套環(huán)空連接通道的位置關(guān)系，影響著套管氣進(jìn)入油管的多少，進(jìn)而影響著套壓的波動(dòng)變化。去除井筒積砂、氣井調(diào)配產(chǎn)等因素，井筒油套環(huán)空積液高度的變化與氣井套壓的波動(dòng)變化具有一定的相關(guān)性。因此，通過對(duì)氣井采氣曲線波動(dòng)變化特征分析，在一定條件下可以定性判斷井筒的積液狀況，為氣井排水采氣措施的選擇和制定提供參考依據(jù)。